Mo/TS-1分子筛的合成与催化氧化苯乙烯的研究
2023-11-11 04:11
论文总字数：9092字
摘 要
以PCP为添加剂，偏钨酸铵为原料，利用水热法合成Mo/TS-1分子筛。通过FT-IR、UV-Vis、比表面和SEM等方法进行表征。结果显示，金属钼与硅原子结合，形成了以Mo、Ti、Si原子基本元素的硅钛钼分子筛。考察了Mo/TS-1对H2O2氧化苯乙烯性能的影响。发现，当苯乙烯与双氧水摩尔比为1：3，在10 mL乙腈溶剂中，Mo/TS-1的用量0.3 g，在60 ℃条件下反应8 h，苯乙烯的转化率达到78 %，苯甲醛的选择性达到6 %，环氧苯乙烷的选择性5 %，苯乙醛的选择性89 %。关键词：Mo/TS-1，合成，苯乙烯，氧化
Abstract:Using PCP as an additive and ammonium metatungstate as a raw material, Mo/TS-1 molecular sieve was synthesized by a hydrothermal method. The FT-IR, UV-Vis, specific surface and SEM were used to characterize the synthetic products. The results showed that molybdenum atom was incorporated with Si and Ti atom into molecular sieve skeleton and formed Mo/TS-1 molecular sieves with MFI configuration. The effect of Mo/TS-1 for the performance of H2O2 styrene oxide was investigated. It was found that the amount of Mo/TS-1 which the content of Molybdenum atom is 0.06 mg/g is 0.3 g in 10 ml of acetonitrile solvent when the molar ratio of styrene to hydrogen peroxide was 1:3, the conversion of styrene reaches 78 %. The selectivity of formaldehyde reached 6 %, the selectivity of epoxide ethane was 5 % and the selectivity of phenyl acetaldehyde was 98 %.
Keywords: Mo/TS-1，synthesis，Styrene，Oxidation
目 录
1前言 4
2实验部分 4
2.1苯乙烯与双氧水的反应原理 4
2.2实验仪器与试剂 5
2.3 实验内容 5
2.3.1 Mo/TS-1分子筛合成 5
2.3.2 Mo/TS-1催化苯乙烯氧化反应试验 6
2.3.3产物分析 6
3结果与讨论 6
3.1催化剂的表征 6
3.1.1 FT-IR表征 6
3.1.2 UV-vis表征 7
3.1.3 BET表征 8
3.1.4 SEM表征 8
3.1.5 ICP表 9
3.2 Mo/TS-1催化苯乙烯氧化实验 10
3.2.1钼用量的影响 10
3.2.2双氧水用量对反应的影响 10
3.2.3时间对催化性能的影响 11
结 论 13
参 考 文 献 14
致 谢 15
1前言
TS-1分子筛催化苯乙烯氧化反应常用H2O2为氧源[1~2]，是无污染绿色化学反应，已在苯羟基化、氨肟化等工业生产中得到应用。科研工作者也在TS-1分子筛催化苯乙烯氧化反应上做了大量的工作[3~4]：徐成华等所做的苯乙烯与双氧水反应的研究中反应发现[5]，在最佳反应条件下，苯乙烯转化率达93.1 %，有90.51 %的苯乙醛产率和5.36 %的环氧苯乙烷的产率。Liu等研究了TS-1骨架外钛物质对苯乙烯转化率及选择性的影响[6]，发现在TS-1分子筛上含有一定量的锐钛矿相钛对环氧化产物的选择性有利，然而转化率和选择性均没有达到理想状态。Zhuang等研究发现[7]，TS-1骨架上Bronsted酸性位是分子筛催化反应的活性中心，酸性中心越多，催化能力越强。
金属负载型分子筛常用于有机物的催化氧化。吉林大学的李守贵等在MC4-41介孔分子筛固载了0.1 %-8.3 % 钌卟啉化合物用于苯乙烯氧化反应[8~9]，结果发现：固载金属分子筛在单位时间内、单位体积催化剂上的反应物转化摩尔体积比普通的分子筛的效率提高20-40倍。钼化学性质比较稳定，具有良好的催化氧化性能[10] ，已应用于柴油机碳烟、石油中的加氢脱硫、合成氨化肥等领域，是一种常用的高效催化剂。钼系催化剂一般情况下都是钼附着于载体上[11]。本文拟在TS-1分子筛上负载钼化合物，研究新型催化剂对苯乙烯氧化反应的影响，期望得到较高的转化率和良好的选择性。
2实验部分
2.1苯乙烯与双氧水的反应原理
苯乙烯与双氧水的化学反应方程式如下图1所示：
图 1 H2O2与苯乙烯反应示意图
生成的环氧苯乙烷易在酸性环境中转化为苯乙醛。由于目前用于氧化苯乙烯的催化剂往往具有一定的酸性，因此在苯乙烯氧化产物中往往含有大量苯乙醛产物。另外，催化剂使工苯乙烯中C－C键断裂，生成苯甲醛产物。
2.2实验仪器与试剂
傅里叶变换红外光谱（美国尼高力仪器公司 NicoLet 6700）
扫描电子显微镜（美国FEI公司 FEI Quanta 450 FEG）
气相色谱仪（日本SHIMADZU公司 GC-2014）
紫外漫反射光谱仪（日本岛津公司UV-3600）
电子耦合等离子发射光谱仪（美国PE 公司 Optima 2000DV）
聚乙烯吡咯烷酮（PCP K 90 源叶生物有限公司）
正硅酸乙酯（TEOS，99 %，北京化工厂)
钛酸四丁酯（TBOT，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）
四丙基氢氧化铵（TPAOH,上海锐化工科技有限公司有限公司)
30 %过氧化氢水溶液（上海沪试实验室器材股份有限公司）
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